新型多功能微結(jié)構(gòu)的制備以及在敏化太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用.pdf

1、由于染料敏化太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單有較高的光電轉(zhuǎn)化效率，制造過(guò)程簡(jiǎn)便，被認(rèn)為是解決能源問(wèn)題最有前景的一種方法。染料敏化電池能夠?qū)嶋H應(yīng)用，需要在光電轉(zhuǎn)化效率和穩(wěn)定性方面取得突破。光捕獲能力和固態(tài)電解質(zhì)分別是提升這兩方面性能的關(guān)鍵因素。通過(guò)引入光陽(yáng)極微納結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)其對(duì)光的散射和反射，是增強(qiáng)電池光捕獲能力的重要手段之一。但這種方法增加了光陽(yáng)極無(wú)機(jī)半導(dǎo)體（如 TiO2）層的厚度，不利于固態(tài)電解質(zhì)的滲透；更延長(zhǎng)了電子輸運(yùn)的距離，造成電荷復(fù)合的概率增

2、大。本論文著眼于這一問(wèn)題，擬將反蛋白石結(jié)構(gòu)引入固態(tài)電解質(zhì)中，形成光子禁帶結(jié)構(gòu)，賦予其對(duì)特定波長(zhǎng)光的反射性能，從而在不增加光陽(yáng)極TiO2層厚度和不延長(zhǎng)電子輸運(yùn)路徑的前提下來(lái)提高電池的光捕獲能力，從而提高電池的能量轉(zhuǎn)換效率。主要內(nèi)容如下：
　?。?）用種子生長(zhǎng)法制備了不同尺寸的單分散SiO2微球，通過(guò)離心分離提純并從新分散到乙醇中，調(diào)配濃度5 wt％。用這個(gè)懸浮液通過(guò)垂直自組裝制備了SiO2蛋白石薄膜，蛋白石薄膜厚度在4~5μm之間。

3、
　?。?）以SiO2蛋白石薄膜為模版，通過(guò)隨后的去除模板，制備了具有反蛋白石結(jié)構(gòu)（IOS）的混合聚合物凝膠。聚合物凝膠隨后被用來(lái)制備具有光子帶隙（PBG）的凝膠電解質(zhì)，基于這種凝膠電解質(zhì)，制備了有機(jī)相準(zhǔn)固態(tài) DSSCs，并系統(tǒng)的研究了有機(jī)相凝膠電解質(zhì)反蛋白石結(jié)構(gòu)對(duì)電池光電性能的影響。I-V曲線表明與參照凝膠電解質(zhì)相比，具有IOS的凝膠電解質(zhì)有更高的光電轉(zhuǎn)換效率。光子帶隙在690 nm左右的反蛋白石結(jié)構(gòu)，有最高的短路光電流（Jsc

4、）和光電轉(zhuǎn)換效率（PCE），分別為10.2 mA/cm-2和3.85％，并且與無(wú)結(jié)構(gòu)的電池相比，光電轉(zhuǎn)換效率提高了大概10％。在光子帶隙區(qū)域內(nèi)外的量子效率的提高，顯示了反蛋白石結(jié)構(gòu)通過(guò)光的背散射和反射對(duì)光捕獲和光電轉(zhuǎn)換效率提高的作用。電化學(xué)阻抗進(jìn)一步表明與參照凝膠電解質(zhì)相比，IOS凝膠電解質(zhì)有更低的擴(kuò)散電阻，這也對(duì)光電轉(zhuǎn)換效率的提高有作用。此外，IOS可以使DSSCs具有更好的穩(wěn)定性。
　?。?）制備了水相反蛋白石結(jié)構(gòu)準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)

5、。并系統(tǒng)的研究了水相凝膠電解質(zhì)反蛋白石結(jié)構(gòu)對(duì)染料敏化電池性能的影響，結(jié)果表明了反蛋白石結(jié)構(gòu)在敏化太陽(yáng)能電池中光吸收，光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性能的重要性，電池有更高的短路電流（Jsc）、光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）、量子效率（QE）和更好的穩(wěn)定性。光子帶隙在624 nm左右的反蛋白石結(jié)構(gòu)，有最高的Jsc和PCE，分別為4.2 mA/cm-2和1.78％，并且與無(wú)結(jié)構(gòu)的電池相比，光電轉(zhuǎn)換效率提高了大概18％。老化試驗(yàn)表明聚合物薄膜的存在，降低了染料的